焦莉莉 郝勇
（北京城建设计发展集团股份有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳 110166）
近年来我国轨道交通行业发展迅速，随着地下空间的大规模开发，促使邻近既有地铁工程作业的工程数量剧增。地铁保护区范围内的外部作业会对既有地铁结构造成较大影响，尤其是基坑开挖往往会引起基坑周围土体的变形，会对临近的既有地铁造成损害。为保证地铁的正常使用和运营，必须严格控制基坑周围土体的变形，并采取相应的保护措施。
1 工程概况
1.1 项目工程概况
某大型项目位于沈阳市于洪区，东侧黄河北大街为沈阳城市中轴线的主干道，北行500 米即可进入沈阳环城高速路，与地铁2 号线医学院站及区间毗邻。地处沈阳市中心城区繁华路段，场地现状地块呈不规则长方形，南北长约303米，东西宽约118-133 米，场区内大体平整，无明显高差。
该项目设有三层地下室，基坑东临黄河大街，与地铁医学院站整体交接。在交接范围内，有两组车站排风口与一个地铁出入口。支护桩与地铁结构最近水平距离约5.7m；基坑东北角与盾构区间交接；东南角与矿山法暗挖区间交接。基坑整体设计深度约15m，地铁车站板底埋深约17m。
1.2 地铁工程概况
医学院站：为地下双层三跨岛式站台车站，车站主体结构总长167.8m，标准段宽度20.5m，车站顶板覆土厚度约为3.5m。车站主体结构基坑采用Φ800＠1000mm 钻孔灌注桩+坑内Φ609 钢支撑的支护形式，基坑标准段宽度20.6m，深约17.0m。与车站小里程端相连的为矿山法区间，与车站大里程端相连的为盾构区间。
车站小里程端区间：采用矿山法施工，区间结构型式为单线单洞马蹄形断面，主要采用复合式衬砌结构，暗挖隧道高度约6m，埋深约11m。
车站大里程端区间：采用盾构法施工，区间结构型式为单线单洞圆形断面，错缝拼装预制钢筋混凝土管片，衬砌环外径6m，埋深约11m。
项目基坑与既有地铁的位置关系（如图1 所示）。
图1 基坑与既有地铁的位置
2 基坑支护设计
该项目支护结构为临时性支护结构，安全等级为一级。在设计上，临近地铁侧的基坑采用单排或双排钻孔灌注桩，同时辅以预应力旋喷锚索或基坑内斜支撑。其余非地铁侧单排混凝土支护桩+预应力旋喷锚杆，详见基坑围护结构平面图（如图2 所示）。
图2 基坑围护结构平面图
施工期间地面超载要求：基坑周边地面超载等效均布荷载q=20kpa。基坑坡顶线2.0m 范围内不应堆载，基坑边线2.0m 范围外现场堆载不应超过设计荷载。
地下结构施工完成后，为保证地铁结构安全，在后期使用时不产生附加侧向变形，近地铁侧基坑肥槽均采用C20 素混凝土回填，确保基坑肥槽回填密实。下面以临近地铁侧的典型断面为例2-2 及3b-3b 剖面为例详细介绍设计上采取的保护措施。
2-2 断面（如图3）基坑侧壁距地铁2 号风井外墙约6m，风井底板埋深约16m。由于基坑侧壁与地铁结构距离过近，无法采用预应力锚索，因此结合双方的相互位置关系，设计上采用φ800 双排桩+基坑内斜支撑的基坑支护形式。双排桩排距2.4m，前后排桩存在约4m 高差，采用混凝土连接板与后排桩植筋后的刚性连接。基坑内斜向内支撑采用800x800 矩形混凝土支撑，支撑间距3.0m，与地面夹角30°，单根支撑长度约12m。斜支撑上部采用现浇混凝土腰梁与支护桩连接；斜支撑下部支撑于结构底板上，确保了基坑围护结构的稳定性及安全性。
图3 2-2 剖面基坑围护图
3b-3b 断面（如图4）基坑侧壁与车站外墙间距最小约15.6m，车站主体埋深约17m。设计上采用φ800 单排桩+四道预应力锚索的基坑支护形式。最外侧锚索距离车站外墙约3.2m，通过优化锚索长度，保证了锚索端部与地铁结构侧墙大于3m 的安全距离要求。
图4 3b-3b 剖面基坑围护图
3 施工措施
根据工程实际情况，将基坑分为两个开挖段进行开挖，其中基坑东侧30m 范围为近地铁保护区开挖段，基坑西侧70m 范围为非地铁保护区开挖段，保护区与非保护区之间预留15m 施工道路（如图5 所示）。其中，地铁保护区范围内土方采取分层分段阶梯式开挖施工，由南至北共划分为10 个开挖段，每段长为30m，宽约25m。开挖时由南北两侧向中间阶梯状挖土，减少基坑土方开挖卸荷对地铁产生的影响。每段土层开挖深度结合各层锚索标高，开挖深度不大于3m，开挖后立即施做锚索并对桩间土进行挂网喷护施工严禁裸露，待喷护作业完成后方可进行下一步开挖。
图5 基坑开挖示意图
基坑施工期间，为保证地铁车站的正常运营，尽量减小施工对地铁车站的影响，本工程不仅加强了基坑的结构设计，同时也采取了施工措施，并提出了相应的技术要求，确保了地铁运营及基坑施工的安全。
3.1 施工准备阶段
施工场地围挡，同时在西南侧沿建筑红线设置1 个大门并预留坡道。场地内障碍迁移、地下管网探挖，测量控制点制作、引测、开槽边线放线，肥槽外测杂填土挖除与场平，为支护桩施工创造条件。
3.2 支护桩施工阶段
为保证施工质量及地铁结构安全，本工程施工顺序，先施工基坑外排桩，再进行内侧混凝土桩施工，并采取“隔二打一”的施工顺序，且为保证支护桩施工时，临近地铁一侧减少施工动荷载对地铁的影响，在混凝土桩施工时，钻机整体站位在基坑内侧，不得超过外排桩中心线。
3.3 土方开挖施工阶段
土方施工采取分区分层开挖，按照“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层，纵向分段，先支后挖”的施工原则。
3.4 旋喷锚杆施工阶段
本阶段已基本完成基坑灌注桩施工，土方采取全区阶段梯状开挖取土，同时腰梁、锚杆、喷射混凝土穿插施工。本阶段，原支护桩作业面土方下挖至锚杆施工标高，并向基坑内保留10m 宽地面场平，留作锚杆施工作业面。锚杆施工跟随支护桩施工步序，采用4 台设备以东南角、东北角作为起始点，余下设备均匀布置在各区段施工位置。
4 施工监测及应急预案
4.1 施工监测
为了及时、有序、有效地控制施工过程中可能发生的安全事故，结合施工实际，对临近地铁侧基坑监测设置预警分级，建立黄、橙、红三级预警机制，当出现危险征兆时必须进行危险报警。针对不同预警状态，应采取相应的响应措施。
4.1.1 发出黄色预警时：a.增加检测频率；b.密切关注支护桩、轨道和围墙的变形数值和发展趋势；组织施工技术人员和设计单位检查现场并分析原因，加大不利因素的控制力度。
4.1.2 发出橙色预警时：a.监测频率增加一倍；b.会同建设单位、监理单位、设计单位对现场进行检查，对原因进行分析，提出整改方案并经专家进行论证后立即执行。必要时局部停工处理。
4.1.3 发出红色预警时：a.变形监测频率加密至全天候监测；b.现场立即停工，根据现场情况采取局部回填、边坡卸载、边坡加固等方式暂时稳定边坡。并将危险信息通报给各参建单位及相关主管部门。同各参建单位及专家对成因进行分析，提出整改意见并进行专家论证。在根据方案对支护体系加固并排除危险源后，报监理审批同意后方可开工。对已造成破坏的轨道、围墙、管网等由设计单位或专家组出具整改或恢复方案，由专业单位进行整改、恢复。
4.2 应急预案
为保护运营地铁结构的安全，防止施工现场的生产安全事故发生，针对临近地铁的深基坑施工，有可能发生的突发状况编制应急预案，在工程项目发生突发事故状态下，迅速有序地开展事故的应急救援工作，抢救伤员，减少事故损失。
4.2.1 事故类型Ⅰ：地铁结构变形应急处理预案
4.2.1.1 当地铁车站、区间、轨道及附属结构的变形超过预警值时，启动预警程序，暂停基坑开挖施工，必要时可以进行局部回填反压，同时通知地铁指挥部、建设单位、设计单位和各有关部门。
4.2.1.2 立即组织技术人员对现场实际情况进行调查，对各类过程资料进行整理，为下一步预警处理做好准备工作。
4.2.1.3 组织专家、设计和施工技术人员根据现场情况和过程资料，制定相应的设计和施工方案。
4.2.1.4 施工时加密地铁边形和变形监测，观察方案是否有效，确认变形得到有效控制，方可继续进行施工，若变形未获得有效控制，则需重新制定方案。
4.2.1.5 若两次制定的方案仍无法满足变形要求，或变形已达到预警值，则应建议建设单位修改支护设计或结构设计。
4.2.2 事故类型Ⅱ：近地铁基坑支护变形应急处理预案
4.2.2.1 出现险情后，立即停止现场施工、疏散现场人员，并及时通知地铁指挥部和其他可能造成影响的周边单位或住宅，并对其内的人员进行疏散。
4.2.2.2 通知影响范围内相关管线单位，根据影响程度进行管线监护和处置，避免出现管线断裂、破损情况对地铁运营和基坑安全造成进一步影响。
4.2.2.3 会同交警部门对影响到的周边道路进行调整和交通疏解。
4.2.2.4 派专人在受影响区域和临近范围内的基坑周边进行不间断巡查，发现地表塌陷等险情及时设置防护，并上报处置。
4.2.2.5 用基坑土方回填覆压变形较大区域，在变型较大区域附近增设临时支撑和附加轴力，抵消基坑外土体侧压力防止变形进一步增大导致土体继续沉降，保证地铁及周边道路安全。
4.2.2.6 通知地铁保护监测单位和基坑监测单位，加密对受影响区段的地铁变形监测和基坑支护结构监测，实时掌握各项监测数据。
4.2.2.7 立即通知设计单位并组织专家对设计方案和施工方案进行评估，采取有效措施减小基坑变形。
4.2.2.8 加密此区段的监测工作，待各项地铁监测和基坑监测数据均稳定合格后，方可按照新的设计和施工方案继续施工。
4.2.2.9 重新开始施工后，应继续加密受影响区域的地铁和支护结构的监测，并对效果进行评估，若不合格则立即停工，重新进行设计和施工方案修改，直至沉降和变形被完全控制。
4.2.3 事故类型Ⅲ：地铁区间隧道及轨道达到预警值
4.2.3.1 出现险情后，立即停止现场施工、疏散现场人员，并及时通知地铁指挥部和其他可能造成影响的周边单位或住宅，并对其内的人员进行疏散。
4.2.3.2 通知影响范围内相关管线单位，根据影响程度进行管线监护和处置，避免出现管线断裂、破损情况对地铁运营和基坑安全造成进一步影响。
4.2.3.3 会同交警部门对影响到的周边道路进行调整和交通疏解。
4.2.3.4 派人在地铁受影响区域和临近范围内的基坑顶部进行不间断巡查，发现地表塌陷等险情及时设置防护，并上报处置。
4.2.3.5 暂停基坑开挖施工，必要时可以进行局部回填反压，同时通知地铁指挥部、建设单位、设计单位和各有关部门。
4.2.3.6 加强对地铁隧道、周边建筑物及基坑的监测频率，采取措施后待各项地铁监测和基坑监测数据均稳定合格后，方可继续施工。
5 采取上述保护措施对既有地铁的影响分析
在临近地铁车站处开挖深基坑其难度及风险是可想而知的，但因为落实了一系列的安全防范技术措施后，在保证工程安全的前提下取得的效果相当明显。在深基坑施工过程，对车站内乘客及设备基本无影响。同时经过该基坑各监测点的测定数据及地铁车站结构变形监测值的分析比对后。可以认定深基坑施工过程中，既有地铁车站处于安全状态。
6 结论
在地铁安全保护区内进行工程建设，必须考虑工程施工对既有地铁结构的影响。本文通过以上保护措施，对紧邻地铁车站的深基坑变形及施工方法进行分析，并结合工程实例数据分析可得出以下结论：
6.1 对于临近地铁侧基坑无法打设锚索的情况下，通过合理的支护设计，加大临近地铁侧的支护桩刚度，采用双排围护桩+基坑内斜撑的支护形式，满足了近地铁基坑支护的需求，确保了基坑的稳定性，同时也能够减少对已运营的地铁车站的影响。
6.2 对于紧邻地铁车站的深基坑，采用“分层、分步、对称、平衡、限时”的开挖方法，可以较好的减少深基坑开挖对紧邻地铁结构的影响，达到基坑变形控制和地铁车站保护的目的。
6.3 在基坑施工过程中，通过布设监测点对既有车站结构进行变形监测，可对施工过程进行有效指导，掌握既有结构变形情况。
6.4 在地下结构施工完成后，为保证地铁结构安全，在后期使用时不至于产生附加侧向变形，近地铁侧基坑肥槽均采用C20 素混凝土回填，确保了基坑肥槽回填密实。
通过采用以上保护措施，很好的减小了深基坑施工过程中对既有地铁车站的影响，这可以为设计和信息化施工提供很好的指导作用，并为以后类似工程提供了一个借鉴的实例。
